JPH0630901A - ビデオを用いた眼球運動解析装置 - Google Patents
ビデオを用いた眼球運動解析装置Info
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- JPH0630901A JPH0630901A JP4234055A JP23405592A JPH0630901A JP H0630901 A JPH0630901 A JP H0630901A JP 4234055 A JP4234055 A JP 4234055A JP 23405592 A JP23405592 A JP 23405592A JP H0630901 A JPH0630901 A JP H0630901A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】眼球の水平・垂直運動の角度を正確に、眼瞼賠
や測定自体の影響をできるだけ受けずに解析できるよう
にする． 【構成】ビデオ画像をＡ／Ｄコンバート１１してハード
ディスク１３に取り込み次いでパーソナルコンピュータ
の画面上に重ねる．マウス９を用いて座標データを得て
眼球の運動角度（Ｘ成分、Ｙ成分）を計算する．
や測定自体の影響をできるだけ受けずに解析できるよう
にする． 【構成】ビデオ画像をＡ／Ｄコンバート１１してハード
ディスク１３に取り込み次いでパーソナルコンピュータ
の画面上に重ねる．マウス９を用いて座標データを得て
眼球の運動角度（Ｘ成分、Ｙ成分）を計算する．
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は眼球運動の測定に関す
るものである．そして健常者や患者の眼球運動の解析を
必要とする病医院や研究施設において利用されるもので
ある．
るものである．そして健常者や患者の眼球運動の解析を
必要とする病医院や研究施設において利用されるもので
ある．
【０００２】
【従来の技術】眼球運動の解析法としては様々なものが
実用化されているが、非光学的方法がこれまでの主体で
あった．一例として眼球内の電気的分極を利用して電気
的に眼球の動きを記録するＥｌｅｃｒｏ Ｏｃｕｌｏ
Ｇｒａｐｈｙ（ＥＯＧ）がある．しかしこの方法は垂直
・水平運動が互いに影響し合い数値が正確でなく、電極
の装着に経験を要するという欠点がある．別の例として
サーチコイル法は磁気を持ったコンタクトレンズを装着
させて眼球の運動を詳細に検出する方法であるが、小児
などは装着による影響が無視できない．これに対し光学
的方法を用いた眼球運動解析は、マーカをつけにくいと
いう眼球の特殊事情にあっており正確でもあることから
次第に用いられてきている．例としてフォトセル法があ
る．しかしこの方法は水平運動角度には向く反面、垂直
角度は眼瞼の為に瞳孔が隠ペいされると測定できなくな
る欠点があり機器も高価である．
実用化されているが、非光学的方法がこれまでの主体で
あった．一例として眼球内の電気的分極を利用して電気
的に眼球の動きを記録するＥｌｅｃｒｏ Ｏｃｕｌｏ
Ｇｒａｐｈｙ（ＥＯＧ）がある．しかしこの方法は垂直
・水平運動が互いに影響し合い数値が正確でなく、電極
の装着に経験を要するという欠点がある．別の例として
サーチコイル法は磁気を持ったコンタクトレンズを装着
させて眼球の運動を詳細に検出する方法であるが、小児
などは装着による影響が無視できない．これに対し光学
的方法を用いた眼球運動解析は、マーカをつけにくいと
いう眼球の特殊事情にあっており正確でもあることから
次第に用いられてきている．例としてフォトセル法があ
る．しかしこの方法は水平運動角度には向く反面、垂直
角度は眼瞼の為に瞳孔が隠ペいされると測定できなくな
る欠点があり機器も高価である．
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】眼球運動の解析を正確
にする事が課題である．すなわち眼球運動の水平・垂直
運動角度は互いの影響がなく精度も良いこと、垂直運動
の解折に眼瞼の影響を受けにくいこと、解折の際には眼
球運動自体をじかに見ながら確認して解折できること、
である．そのほかマーカを装着せず小児や高齢者にも測
定時の不快感がなく測定が眼球運動に影響を与えないこ
と、データを記録し後々にいつでも同じデータを呼び出
して解折できること、廉価であること、なども課題であ
る．これらを解決するためにコンピュータを用いた解折
システムを考案する．
にする事が課題である．すなわち眼球運動の水平・垂直
運動角度は互いの影響がなく精度も良いこと、垂直運動
の解折に眼瞼の影響を受けにくいこと、解折の際には眼
球運動自体をじかに見ながら確認して解折できること、
である．そのほかマーカを装着せず小児や高齢者にも測
定時の不快感がなく測定が眼球運動に影響を与えないこ
と、データを記録し後々にいつでも同じデータを呼び出
して解折できること、廉価であること、なども課題であ
る．これらを解決するためにコンピュータを用いた解折
システムを考案する．
【０００４】
【課題を解決するための手段】眼球が水平・垂直に回旋
すると、角膜はそれに合わせて水平・垂直に移動しかつ
角膜辺縁の形は正面からみた時に様々な楕円形に変形す
る．この位置の移動と角膜の変形をコンピュータで計算
して描かせ実際の角膜の像に一致させることで眼球の回
旋の角度を求めることが可能である．この目的のため市
販の機器を組み合わせてシステムを構築しさらに専用の
ソフトウェアを作製して１つの測定装置とした．また角
度の計算式に独自の工夫をした．データは頭部を固定し
て撮影した眼の正面両像のビデオである．記録は家庭用
のＶＨＳ方式のビデオテープにて行ったが、これは他の
画像記録媒体でもよい．撮影の際、カメラを固視しても
らい丁度角膜辺縁２（図１）の中心に回旋の中心が重な
るようにして眼１の正面像（図１）を撮影する．同時に
角膜の近傍でカメラからの距離が角膜とカメラの距離に
等しい位置に適当な指標３をおいて撮影しておく（図
１）．この画面を撮影した後に目的の眼球運動を撮影す
る．一方、眼球の直径を既存の測定法で測定しておく．
実際には超音波計測法で行い、前房深度と全体長とから
眼球の回旋の半径を求めた．そのために下記の推定式を
作った．眼球は球とみなした． 回旋の半径＝（全体長−前房深度／２）／２＋１ （ｍ
ｍ） また撮影時にはカメラと角膜との距離を測定しておく．
解析に使用する機器の構成を図２と図３に示す．図２と
図３のいずれの構成でも処理が可能である．図２では、
ビデオカメラ４で撮影したデータをビデオテープ５に記
録する．コンピュータ７で制御されるビデオデッキ６に
て再生した画像の上に、スーパーインポーザ１０を用い
てコンピュータ７の画像をＮＴＳＣ信号にしてモニタ８
上に重ね合わせる．この画像上で座標取り込み機器であ
るマウス９を用いて必要な点の座標の値を取り込む．図
３では、逆にビデオ画像をアナログ／デジタル変換機
（Ａ／Ｄコンバータ１１）によりデジタルデータに変換
してハードディスク１３に保管する．処理時にこのデー
タをメモリ１２に１画面ずつ取り出しモニタ８に再生
し、この画像上にコンピュータ７の画面を重ね合わせ
て、同様にマウス９で座標の取り込みをする．先に撮影
しておいたカメラを固視した画面（図１）において、円
形とみなした角膜辺縁２上の３点から角膜中心位置座標
を計算で求める．原理は３点中の２点の垂直二等分線の
交点が円の中心であることを用いた．これを回旋中心Ｄ
とみなす．次に角膜辺縁上の１点との距離をコンピュー
タ座標のドット数で求め、この距離を角膜の半径（Ｒ）
とする．指標を撮影した画面（図１）で指標の実際の長
さをコンピュータ画面上での距離（ドット数）で除して
変換の為の係数を求めて較正する．この係数を用いて先
に測定した眼球の回旋半径（Ｌ）が何ドットに当たるか
を計算する．以上で求めた回旋中心座標（Ｘ，Ｙ）・角
膜半径（Ｒ）・回旋半径（Ｌ）（いずれもドット数で表
す）から角膜が垂直あるいは水平に回旋した際に画面上
でどのように回旋中心から離れ、どのような楕円に変形
するかをコンピュータ内でのプログラムにより計算して
その角膜の形を自由に表示できるようにする．その際角
膜辺縁は眼球の１断面の辺縁であると仮定する．角膜の
変形の計算式を示す．（図４参照） 長さＡＯ＝ＲＯＯＴ（Ｌ２−Ｒ２） 長さＡＤ＝ＲＯＯＴ（Ｘ２＋Ｙ２） 角度θ ＝ＳＩＮ−１（ＡＤ／ＡＯ） 長さＡ’Ｂ’＝長さＡ’Ｃ’＝Ｒ＊ＣＯＳ（θ） よって角膜辺縁上の点は、角膜中心を通る眼球の半径の
方向にＣＯＳ（θ）だけ短縮すれば楕円として描ける．
なお同じ画面上にあっても眼球が回転して角膜辺縁が遠
くになるにつれ遠近法により画面に縮小して現れる．そ
こでその補正をして画面上に描く処理をプログラム内に
組み込んだ．またコンピュータの画面とビデオの画面と
は縦横の画素の間隔が異なるためその補正の処理もプロ
グラムに組み込んだ．この２つの補正は是非とも必要で
ある．実際のデータ取り込みは以下のように行った．マ
ウスの指標の位置を角膜の中心として、予想される角膜
辺縁像をコンピュータで描く．手動によりマウスを動か
してこの予想辺縁像を画面上で自由に移動させ、データ
画像上の角膜辺縁に重ねる作業をする．よく一致した位
置におけるマウスの位置座標が角膜の中心位置座標とな
りこれより眼球の回旋の水平・垂直角度をコンピュータ
で求める．この時の計算式を示す．（図５参照） 角ＡＯＤ＝角度θ 長さＯＤ＝長さＡＯ＊ＣＯＳ（θ）＝Ｌ＊ＣＯＳ（θ） 長さＩＤ＝Ｙ 長さＧＤ＝Ｘ 垂直角＝角ＡＥＧ＝角ＩＯＤ＝ＴＡＮ−１（長さＩＤ／
長さＯＤ）＝ＴＡＮ−１（Ｙ／（Ｌ＊ＣＯＳ（θ）） 水平角＝角ＡＦＩ＝角ＧＯＤ＝ＴＡＮ−１（長さＧＤ／
長さＯＤ）＝ＴＡＮ−１（Ｘ／（Ｌ＊ＣＯＳ（θ）） コンピュータは１画面の処理が終わる毎に次の画面を準
備し、再び同じ作業を繰り返して垂直角と水平角を計算
していく．得られた一連の水平垂直角度データは別に作
製したプログラムで表示し目的に応じて解折する．
すると、角膜はそれに合わせて水平・垂直に移動しかつ
角膜辺縁の形は正面からみた時に様々な楕円形に変形す
る．この位置の移動と角膜の変形をコンピュータで計算
して描かせ実際の角膜の像に一致させることで眼球の回
旋の角度を求めることが可能である．この目的のため市
販の機器を組み合わせてシステムを構築しさらに専用の
ソフトウェアを作製して１つの測定装置とした．また角
度の計算式に独自の工夫をした．データは頭部を固定し
て撮影した眼の正面両像のビデオである．記録は家庭用
のＶＨＳ方式のビデオテープにて行ったが、これは他の
画像記録媒体でもよい．撮影の際、カメラを固視しても
らい丁度角膜辺縁２（図１）の中心に回旋の中心が重な
るようにして眼１の正面像（図１）を撮影する．同時に
角膜の近傍でカメラからの距離が角膜とカメラの距離に
等しい位置に適当な指標３をおいて撮影しておく（図
１）．この画面を撮影した後に目的の眼球運動を撮影す
る．一方、眼球の直径を既存の測定法で測定しておく．
実際には超音波計測法で行い、前房深度と全体長とから
眼球の回旋の半径を求めた．そのために下記の推定式を
作った．眼球は球とみなした． 回旋の半径＝（全体長−前房深度／２）／２＋１ （ｍ
ｍ） また撮影時にはカメラと角膜との距離を測定しておく．
解析に使用する機器の構成を図２と図３に示す．図２と
図３のいずれの構成でも処理が可能である．図２では、
ビデオカメラ４で撮影したデータをビデオテープ５に記
録する．コンピュータ７で制御されるビデオデッキ６に
て再生した画像の上に、スーパーインポーザ１０を用い
てコンピュータ７の画像をＮＴＳＣ信号にしてモニタ８
上に重ね合わせる．この画像上で座標取り込み機器であ
るマウス９を用いて必要な点の座標の値を取り込む．図
３では、逆にビデオ画像をアナログ／デジタル変換機
（Ａ／Ｄコンバータ１１）によりデジタルデータに変換
してハードディスク１３に保管する．処理時にこのデー
タをメモリ１２に１画面ずつ取り出しモニタ８に再生
し、この画像上にコンピュータ７の画面を重ね合わせ
て、同様にマウス９で座標の取り込みをする．先に撮影
しておいたカメラを固視した画面（図１）において、円
形とみなした角膜辺縁２上の３点から角膜中心位置座標
を計算で求める．原理は３点中の２点の垂直二等分線の
交点が円の中心であることを用いた．これを回旋中心Ｄ
とみなす．次に角膜辺縁上の１点との距離をコンピュー
タ座標のドット数で求め、この距離を角膜の半径（Ｒ）
とする．指標を撮影した画面（図１）で指標の実際の長
さをコンピュータ画面上での距離（ドット数）で除して
変換の為の係数を求めて較正する．この係数を用いて先
に測定した眼球の回旋半径（Ｌ）が何ドットに当たるか
を計算する．以上で求めた回旋中心座標（Ｘ，Ｙ）・角
膜半径（Ｒ）・回旋半径（Ｌ）（いずれもドット数で表
す）から角膜が垂直あるいは水平に回旋した際に画面上
でどのように回旋中心から離れ、どのような楕円に変形
するかをコンピュータ内でのプログラムにより計算して
その角膜の形を自由に表示できるようにする．その際角
膜辺縁は眼球の１断面の辺縁であると仮定する．角膜の
変形の計算式を示す．（図４参照） 長さＡＯ＝ＲＯＯＴ（Ｌ２−Ｒ２） 長さＡＤ＝ＲＯＯＴ（Ｘ２＋Ｙ２） 角度θ ＝ＳＩＮ−１（ＡＤ／ＡＯ） 長さＡ’Ｂ’＝長さＡ’Ｃ’＝Ｒ＊ＣＯＳ（θ） よって角膜辺縁上の点は、角膜中心を通る眼球の半径の
方向にＣＯＳ（θ）だけ短縮すれば楕円として描ける．
なお同じ画面上にあっても眼球が回転して角膜辺縁が遠
くになるにつれ遠近法により画面に縮小して現れる．そ
こでその補正をして画面上に描く処理をプログラム内に
組み込んだ．またコンピュータの画面とビデオの画面と
は縦横の画素の間隔が異なるためその補正の処理もプロ
グラムに組み込んだ．この２つの補正は是非とも必要で
ある．実際のデータ取り込みは以下のように行った．マ
ウスの指標の位置を角膜の中心として、予想される角膜
辺縁像をコンピュータで描く．手動によりマウスを動か
してこの予想辺縁像を画面上で自由に移動させ、データ
画像上の角膜辺縁に重ねる作業をする．よく一致した位
置におけるマウスの位置座標が角膜の中心位置座標とな
りこれより眼球の回旋の水平・垂直角度をコンピュータ
で求める．この時の計算式を示す．（図５参照） 角ＡＯＤ＝角度θ 長さＯＤ＝長さＡＯ＊ＣＯＳ（θ）＝Ｌ＊ＣＯＳ（θ） 長さＩＤ＝Ｙ 長さＧＤ＝Ｘ 垂直角＝角ＡＥＧ＝角ＩＯＤ＝ＴＡＮ−１（長さＩＤ／
長さＯＤ）＝ＴＡＮ−１（Ｙ／（Ｌ＊ＣＯＳ（θ）） 水平角＝角ＡＦＩ＝角ＧＯＤ＝ＴＡＮ−１（長さＧＤ／
長さＯＤ）＝ＴＡＮ−１（Ｘ／（Ｌ＊ＣＯＳ（θ）） コンピュータは１画面の処理が終わる毎に次の画面を準
備し、再び同じ作業を繰り返して垂直角と水平角を計算
していく．得られた一連の水平垂直角度データは別に作
製したプログラムで表示し目的に応じて解折する．
【０００５】
【作用】図２の場合、１フレーム毎に解析を繰り返して
データを延長していく．図３の場合最初に画面をデジタ
ル化しておく時間が要るが後の処理はより短時間で行え
る．
データを延長していく．図３の場合最初に画面をデジタ
ル化しておく時間が要るが後の処理はより短時間で行え
る．
【０００６】
【実施例】ビデオカメラとしてソニー社製８ｍｍビデオ
ＣＣＤ−ＴＲ５５、コンピュータで制御されるビデオデ
ッキとしてＮＥＣ社製ＰＶ−Ｄ８２８、スーパーインポ
ーザとして、アイ．シー社製ＰＳＩ−４００、Ａ／Ｄコ
ンバータ（ビデオデジタイザ）としてデジタルアーツ社
製ＨｙＰＥＲ−ＶｉＳｉＯＮ＋、メモリ（フレームバッ
ファー）として同社ＨｙＰＥＲ−ＦＲＡＭＥ＋、コンピ
ュータとしてＮＥＣ社製ＰＣ−９８０１ＤＡ／Ｕ７を用
いた．プログラムにはＫ．Ｓ．Ｐ社ＢＡＳＩＣ９８ｐｒ
ｏを用いた．
ＣＣＤ−ＴＲ５５、コンピュータで制御されるビデオデ
ッキとしてＮＥＣ社製ＰＶ−Ｄ８２８、スーパーインポ
ーザとして、アイ．シー社製ＰＳＩ−４００、Ａ／Ｄコ
ンバータ（ビデオデジタイザ）としてデジタルアーツ社
製ＨｙＰＥＲ−ＶｉＳｉＯＮ＋、メモリ（フレームバッ
ファー）として同社ＨｙＰＥＲ−ＦＲＡＭＥ＋、コンピ
ュータとしてＮＥＣ社製ＰＣ−９８０１ＤＡ／Ｕ７を用
いた．プログラムにはＫ．Ｓ．Ｐ社ＢＡＳＩＣ９８ｐｒ
ｏを用いた．
【０００７】
【発明の効果】本システムを用いた眼球運動解析は垂直
と水平の成分が独立しており、ＥＯＧに見られるような
相互作用はなかった．また眼瞼によってかなり角膜が隠
れても推測ができ、眼瞼の動きの影響もなかった．解析
は後になって注目している部分を確認しながら行える利
点がある．また５歳の幼児でも測定可能であった．
と水平の成分が独立しており、ＥＯＧに見られるような
相互作用はなかった．また眼瞼によってかなり角膜が隠
れても推測ができ、眼瞼の動きの影響もなかった．解析
は後になって注目している部分を確認しながら行える利
点がある．また５歳の幼児でも測定可能であった．
【図１】本案のビデオ画像（固視時）である．
１ 眼 ２ 角膜辺縁 ３ 示標 Ｄ 角膜上の回旋の中心
【図２】本案の機器の構成図（アナログ法）である．
４ ビデオカメラ ５ ビデオテープ ６ コンピ
ュータで制御されるビデオデッキ ７ コンピュータ
８ モニタ ９ マウス １０ スーパーイン
ポーザ
ュータで制御されるビデオデッキ ７ コンピュータ
８ モニタ ９ マウス １０ スーパーイン
ポーザ
【図３】本案の機器の構成図（デジタル法）である．
４ ビデオカメラ ５ ビデオテープ ６ コンピ
ュータで制御されるビデオデッキ ７ コンピュータ
８ モニタ ９ マウス １１ Ａ／Ｄコンバ
ータ １２ メモリ １３ ハードディスク
ュータで制御されるビデオデッキ ７ コンピュータ
８ モニタ ９ マウス １１ Ａ／Ｄコンバ
ータ １２ メモリ １３ ハードディスク
【図４】角膜中心と回旋の中心とを通る面での眼球の断
面図である．
面図である．
Ａ 角膜の中心 Ｂ Ｃ 角膜辺縁の点 Ｄ 角膜
上の回旋の中心 Ａ’ 画面上の角膜の中心 Ｂ’
Ｃ’画面上の角膜辺縁の点 Ｄ’角膜中心から眼軸Ｏ
Ｄへの垂線の交点 Ｏ 回旋の中心 θ 角ＡＯＤ
上の回旋の中心 Ａ’ 画面上の角膜の中心 Ｂ’
Ｃ’画面上の角膜辺縁の点 Ｄ’角膜中心から眼軸Ｏ
Ｄへの垂線の交点 Ｏ 回旋の中心 θ 角ＡＯＤ
【図５】本案の眼球の座標系と角膜中心の位置座標であ
る．
る．
２ 角膜辺縁 １４ 眼球辺縁 Ｘ 画面の水平座標軸 Ｙ 画面の垂直座標軸 Ｚ
画面に垂直な座標軸 Ａ 角膜の中心 Ｅ 角膜中心のＸ座標 Ｆ 角膜
中心のＹ座標 Ｄ角膜中心のＺ座標 Ｈ 角膜中心
のＸＹ平面への投影点 Ｉ 角膜中心のＹＺ平面への
投影点 Ｇ 角膜中心のＸＺ平面への投影点
画面に垂直な座標軸 Ａ 角膜の中心 Ｅ 角膜中心のＸ座標 Ｆ 角膜
中心のＹ座標 Ｄ角膜中心のＺ座標 Ｈ 角膜中心
のＸＹ平面への投影点 Ｉ 角膜中心のＹＺ平面への
投影点 Ｇ 角膜中心のＸＺ平面への投影点
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】眼球が水平・垂直に回旋
すると、角膜はそれに合わせて水平・垂直に移動しかつ
角膜辺縁の形は正面からみた時に様々な楕円形に変形す
る．この位置の移動と角膜の変形をコンピュータで計算
して描かせ実際の角膜の像に一致させることで眼球の回
旋の角度を求めることが可能である．この目的のため市
販の機器を組み合わせてシステムを構築しさらに専用の
ソフトウェアを作製して１つの測定装置とした．また角
度の計算式に独自の工夫をした．データは頭部を固定し
て撮影した眼の正面画像のビデオである．記録は家庭用
のＶＨＳ方式のビデオテープにて行ったが、これは他の
画像記録媒体でもよい．撮影の際、カメラを固視しても
らい丁度角膜辺縁２（図１）の中心に回旋の中心が重な
るようにして眼１の正面像（図１）を撮影する．同時に
角膜の近傍でカメラからの距離が角膜とカメラの距離に
等しい位置に適当な指標３をおいて撮影しておく（図
１）．この画面を撮影した後に目的の眼球運動を撮影す
る．一方、眼球の直径を既存の測定法で測定しておく．
実際には超音波計測法で行い、前房深度と全体長とから
眼球の回旋の半径を求めた．そのために下記の推定式を
作った．眼球は球とみなした． 回旋の半径＝（全体長−前房深度／２）／２＋１ （ｍ
ｍ） また撮影時にはカメラと角膜との距離を測定しておく．
解析に使用する機器の構成を図２と図３に示す．図２と
図３のいずれの構成でも処理が可能である．図２では、
ビデオカメラ４で撮影したデータをビデオテープ５に記
録する．コンピュータ７で制御されるビデオデッキ６に
て再生した画像の上に、スーパーインポーザ１０を用い
てコンピュータ７の画像をＮＴＳＣ信号にしてモニタ８
上に重ね合わせる．この画像上で座標取り込み機器であ
るマウス９を用いて必要な点の座標の値を取り込む．図
３では、逆にビデオ画像をアナログ／デジタル変換機
（Ａ／Ｄコンバータ１１）によりデジタルデータに変換
してハードディスク１３に保管する．処理時にこのデー
タをメモリ１２に１画面ずつ取り出しモニタ８に再生
し、この画像上にコンピュータ７の画面を重ね合わせ
て、同様にマウス９で座標の取り込みをする．先に撮影
しておいたカメラを固視した画面（図１）において、円
形とみなした角膜辺縁２上の３点から角膜中心位置座標
を計算で求める．原理は３点中の２点の垂直二等分線の
交点が円の中心であることを用いた．これを回旋中心Ｄ
とみなす．次に角膜辺縁上の１点との距離をコンピュー
タ座標のドット数で求め、この距離を角膜の半径（Ｒ）
とする．指標を撮影した画面（図１）で指標の実際の長
さをコンピュータ画面上での距離（ドット数）で除して
変換の為の係数を求めて較正する．この係数を用いて先
に測定した眼球の回旋半径（Ｌ）が何ドットに当たるか
を計算する．以上で求めた回旋中心座標（Ｘ，Ｙ）・角
膜半径（Ｒ）・回旋半径（Ｌ）（いずれもドット数で表
す）から角膜が垂直あるいは水平に回旋した際に画面上
でどのように回旋中心から離れ、どのような楕円に変形
するかをコンピュータ内でのプログラムにより計算して
その角膜の形を自由に表示できるようにする．その際角
膜辺縁は眼球の１断面の辺縁であると仮定する．角膜の
変形の計算式を示す．（図４参照） 長さＡＯ＝ＲＯＯＴ（Ｌ２−Ｒ２）長さＡＤ’＝ＲＯＯＴ（Ｘ２＋Ｙ２） 角度θ ＝ＳＩＮ−１（ＡＤ’／ＡＯ） 長さＡ’Ｂ’＝長さＡ’Ｃ’＝Ｒ＊ＣＯＳ（θ） よって角膜辺縁上の点は、角膜中心を通る眼球の半径の
方向にＣＯＳ（θ）だけ短縮すれば楕円として描ける．
なお同じ画面上にあっても眼球が回転して角膜辺縁が遠
くになるにつれ遠近法により画面に縮小して現れる．そ
こでその補正をして画面上に描く処理をプログラム内に
組み込んだ．またコンピュータの画面とビデオの画面と
は縦横の画素の間隔が異なるためその補正の処理もプロ
グラムに組み込んだ．この２つの補正は是非とも必要で
ある．実際のデータ取り込みは以下のように行った．マ
ウスの指標の位置を角膜の中心として、予想される角膜
辺縁像をコンピュータで描く．手動によりマウスを動か
してこの予想辺縁像を画面上で自由に移動させ、データ
画像上の角膜辺縁に重ねる作業をする．よく一致した位
置におけるマウスの位置座標が角膜の中心位置座標とな
りこれより眼球の回旋の水平・垂直角度をコンピュータ
で求める．この時の計算式を示す．（図５参照）角ＡＯＤ’＝角度θ 長さＯＤ’＝長さＡＯ＊ＣＯＳ（θ）＝Ｌ＊ＣＯＳ
（θ） 長さＩＤ’＝Ｙ 長さＧＤ’＝Ｘ 垂直角＝角ＡＥＧ＝角ＩＯＤ’＝ＴＡＮ−１（長さＩ
Ｄ’／長さＯＤ’） ＝ＴＡＮ−１（Ｙ／（Ｌ＊ＣＯＳ
（θ））水平角＝角ＡＦＩ＝角ＧＯＤ’＝ＴＡＮ−１（長さＧ
Ｄ’／長さＯＤ’） ＝ＴＡＮ−１（Ｘ／（Ｌ＊ＣＯＳ
（θ）） コンピュータは１画面の処理が終わる毎に次の画面を準
備し、再び同し作業を繰り返して垂直角と水平角を計算
していく．得られた一連の水平垂直角度データは別に作
製したプログラムで表示し目的に応じて解析する．
すると、角膜はそれに合わせて水平・垂直に移動しかつ
角膜辺縁の形は正面からみた時に様々な楕円形に変形す
る．この位置の移動と角膜の変形をコンピュータで計算
して描かせ実際の角膜の像に一致させることで眼球の回
旋の角度を求めることが可能である．この目的のため市
販の機器を組み合わせてシステムを構築しさらに専用の
ソフトウェアを作製して１つの測定装置とした．また角
度の計算式に独自の工夫をした．データは頭部を固定し
て撮影した眼の正面画像のビデオである．記録は家庭用
のＶＨＳ方式のビデオテープにて行ったが、これは他の
画像記録媒体でもよい．撮影の際、カメラを固視しても
らい丁度角膜辺縁２（図１）の中心に回旋の中心が重な
るようにして眼１の正面像（図１）を撮影する．同時に
角膜の近傍でカメラからの距離が角膜とカメラの距離に
等しい位置に適当な指標３をおいて撮影しておく（図
１）．この画面を撮影した後に目的の眼球運動を撮影す
る．一方、眼球の直径を既存の測定法で測定しておく．
実際には超音波計測法で行い、前房深度と全体長とから
眼球の回旋の半径を求めた．そのために下記の推定式を
作った．眼球は球とみなした． 回旋の半径＝（全体長−前房深度／２）／２＋１ （ｍ
ｍ） また撮影時にはカメラと角膜との距離を測定しておく．
解析に使用する機器の構成を図２と図３に示す．図２と
図３のいずれの構成でも処理が可能である．図２では、
ビデオカメラ４で撮影したデータをビデオテープ５に記
録する．コンピュータ７で制御されるビデオデッキ６に
て再生した画像の上に、スーパーインポーザ１０を用い
てコンピュータ７の画像をＮＴＳＣ信号にしてモニタ８
上に重ね合わせる．この画像上で座標取り込み機器であ
るマウス９を用いて必要な点の座標の値を取り込む．図
３では、逆にビデオ画像をアナログ／デジタル変換機
（Ａ／Ｄコンバータ１１）によりデジタルデータに変換
してハードディスク１３に保管する．処理時にこのデー
タをメモリ１２に１画面ずつ取り出しモニタ８に再生
し、この画像上にコンピュータ７の画面を重ね合わせ
て、同様にマウス９で座標の取り込みをする．先に撮影
しておいたカメラを固視した画面（図１）において、円
形とみなした角膜辺縁２上の３点から角膜中心位置座標
を計算で求める．原理は３点中の２点の垂直二等分線の
交点が円の中心であることを用いた．これを回旋中心Ｄ
とみなす．次に角膜辺縁上の１点との距離をコンピュー
タ座標のドット数で求め、この距離を角膜の半径（Ｒ）
とする．指標を撮影した画面（図１）で指標の実際の長
さをコンピュータ画面上での距離（ドット数）で除して
変換の為の係数を求めて較正する．この係数を用いて先
に測定した眼球の回旋半径（Ｌ）が何ドットに当たるか
を計算する．以上で求めた回旋中心座標（Ｘ，Ｙ）・角
膜半径（Ｒ）・回旋半径（Ｌ）（いずれもドット数で表
す）から角膜が垂直あるいは水平に回旋した際に画面上
でどのように回旋中心から離れ、どのような楕円に変形
するかをコンピュータ内でのプログラムにより計算して
その角膜の形を自由に表示できるようにする．その際角
膜辺縁は眼球の１断面の辺縁であると仮定する．角膜の
変形の計算式を示す．（図４参照） 長さＡＯ＝ＲＯＯＴ（Ｌ２−Ｒ２）長さＡＤ’＝ＲＯＯＴ（Ｘ２＋Ｙ２） 角度θ ＝ＳＩＮ−１（ＡＤ’／ＡＯ） 長さＡ’Ｂ’＝長さＡ’Ｃ’＝Ｒ＊ＣＯＳ（θ） よって角膜辺縁上の点は、角膜中心を通る眼球の半径の
方向にＣＯＳ（θ）だけ短縮すれば楕円として描ける．
なお同じ画面上にあっても眼球が回転して角膜辺縁が遠
くになるにつれ遠近法により画面に縮小して現れる．そ
こでその補正をして画面上に描く処理をプログラム内に
組み込んだ．またコンピュータの画面とビデオの画面と
は縦横の画素の間隔が異なるためその補正の処理もプロ
グラムに組み込んだ．この２つの補正は是非とも必要で
ある．実際のデータ取り込みは以下のように行った．マ
ウスの指標の位置を角膜の中心として、予想される角膜
辺縁像をコンピュータで描く．手動によりマウスを動か
してこの予想辺縁像を画面上で自由に移動させ、データ
画像上の角膜辺縁に重ねる作業をする．よく一致した位
置におけるマウスの位置座標が角膜の中心位置座標とな
りこれより眼球の回旋の水平・垂直角度をコンピュータ
で求める．この時の計算式を示す．（図５参照）角ＡＯＤ’＝角度θ 長さＯＤ’＝長さＡＯ＊ＣＯＳ（θ）＝Ｌ＊ＣＯＳ
（θ） 長さＩＤ’＝Ｙ 長さＧＤ’＝Ｘ 垂直角＝角ＡＥＧ＝角ＩＯＤ’＝ＴＡＮ−１（長さＩ
Ｄ’／長さＯＤ’） ＝ＴＡＮ−１（Ｙ／（Ｌ＊ＣＯＳ
（θ））水平角＝角ＡＦＩ＝角ＧＯＤ’＝ＴＡＮ−１（長さＧ
Ｄ’／長さＯＤ’） ＝ＴＡＮ−１（Ｘ／（Ｌ＊ＣＯＳ
（θ）） コンピュータは１画面の処理が終わる毎に次の画面を準
備し、再び同し作業を繰り返して垂直角と水平角を計算
していく．得られた一連の水平垂直角度データは別に作
製したプログラムで表示し目的に応じて解析する．
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明 図５ 符号の説
明
明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】本案の眼球の座標系と角膜中心の位置座標であ
る．
る．
【符号の説明】 ２ 角膜辺縁 １４ 眼球辺縁 Ｘ 画面の水平座標軸 Ｙ 画面の垂直座標軸 Ｚ
画面に垂直な座標軸 Ａ 角膜の中心 Ｅ 角膜中心のＸ座標 Ｆ 角膜
中心のＹ座標 Ｄ’角膜中心のＺ座標 Ｈ 角膜中
心のＸＹ平面への投影点 Ｉ 角膜中心のＹＺ平面へ
の投影点 Ｇ 角膜中心のＸＺ平面への投影点
画面に垂直な座標軸 Ａ 角膜の中心 Ｅ 角膜中心のＸ座標 Ｆ 角膜
中心のＹ座標 Ｄ’角膜中心のＺ座標 Ｈ 角膜中
心のＸＹ平面への投影点 Ｉ 角膜中心のＹＺ平面へ
の投影点 Ｇ 角膜中心のＸＺ平面への投影点
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
Claims (1)
- 【請求項１】眼球運動の水平・垂直角度を、ビデオに記
録した眼の角膜の位置と形状から推定するコンピュータ
装置．
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234055A JPH0630901A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | ビデオを用いた眼球運動解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234055A JPH0630901A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | ビデオを用いた眼球運動解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0630901A true JPH0630901A (ja) | 1994-02-08 |
Family
ID=16964875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4234055A Pending JPH0630901A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | ビデオを用いた眼球運動解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0630901A (ja) |
-
1992
- 1992-07-16 JP JP4234055A patent/JPH0630901A/ja active Pending
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